【文章內(nèi)容簡介】 (K2)，電動機 (M M M3)皆為 OFF狀態(tài)。當汽車到來時，車輛檢測開關(guān) S2接通，紅燈 L2亮，綠燈 L1滅，電動機 M3運 9 行 ，電動機 M2在 M3接通 2秒后運行，電動機 M1在 M2啟動 2秒 后運行，依次順序起動整個送料系統(tǒng)。 當電動機 M3運行后，進料閥門 K1打開給料斗進料。當料斗中物料裝滿時，料斗檢測開關(guān) S1接通，此時進料閥門 K1關(guān)閉（設(shè) 1料斗 物料足夠運料小車裝滿一車）。料斗出料閥門 K2在電動機 M1運行 2秒及料斗裝滿后，打開放料，物料通過傳送帶 PD PD2和 PD3的傳送 ，裝入汽車。 當運料小車裝滿后，稱重開 關(guān) S3動作，送料閥門 K2關(guān)閉，同時電動機M1延時 2秒后停止，電動機 M2在 M1停止 2秒后停止，電動機 M3在 M2停止 2秒后停止。此時綠燈 L1亮，紅燈 L2滅，表示 汽車可以開走。 故障操作：在帶式傳輸機傳送物料過程中，若傳送帶 PD1超載，則送料閥門 K2立即關(guān)閉，同時停止電動 機 M1，電動機 M2和 M3在電動機 M1停止4秒后停止。 在帶式傳輸機傳送物料過程中，若傳送帶 PD2超載，則同時停止電動機 M1和 M2并關(guān)閉送料閥門 K2，延時 4S后電動機 M3停止。 在帶式傳輸機傳送物料過程中，若傳 送帶 PD2超載，則同時停止電動機 M M2和 M3并關(guān)閉送料閥門 K2。 10 第 2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 主電路的設(shè)計 主電路的設(shè)計對于本次設(shè)計小車自動送料裝車系統(tǒng)設(shè)計相當重要 ,只有在主電路設(shè)計正確且簡便的基礎(chǔ)上 ,系統(tǒng)控制電路及軟件設(shè)計才能精簡方便。 根據(jù)系統(tǒng)的控制工藝要求，我所設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖 21所示。圖中， M1， M2， M3為三臺皮帶傳輸送料電動機，交流接觸器KM1~KM3通過控制三臺電動機的運行來控制三個傳送帶，從而進行對物料的傳輸。 FR1， FR2， FR3為起過載保護作用的熱繼電 器，用于物料傳輸過程中當傳送帶過載時斷開主電路。 FU1為熔斷器，起過電流保護作用。（注意： FU和 FR不能進行互換，它們在本設(shè)計電路當中所承擔的任務(wù)不一樣。 FU起過流保護， FR起過載保護）主電路原理圖如圖 21。 圖 21 自動送料裝車系統(tǒng)主電路原理圖 11 元器件的選擇 PLC的選擇 目前市場上的 PLC產(chǎn)品眾多，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。除國產(chǎn)品牌外，國外有：日本的 OMRON、 MITSUB、 ISHI、 FUJI、 ANASONIC， 德國的 SIEMENS，韓國的 LG等。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費。機型的選擇具體可以從一下 12個方面來考慮： 1. 選擇自己需要的機種和機型 若已有設(shè)備（或產(chǎn)品）上已經(jīng)用了某一種型號的 PLC，再要選用 PLC開發(fā)新的產(chǎn)品，在滿足工藝條件的前提下，建議還是選用已經(jīng)用過的 PLC為好，這樣就可以做到資源共享。 2. 不要大材小用 什么樣的規(guī)模設(shè)計任務(wù)就選用什么樣的規(guī)模的 PLC，避免造成太多的硬件資源浪費。 3. 具體的控制對象具體選擇 根據(jù)不同的設(shè)計任務(wù)，來 選擇 PLC的機型。 4. 選用易采購的機型 5. 經(jīng)常了解 PLC產(chǎn)品的發(fā)展動態(tài) 6. 對 I/O點的選擇 要先弄清控制系統(tǒng)的 I/O點的總點數(shù)，再按實際所需要的總點數(shù)的15%~20%留出備用量后確定所需 PLC的點數(shù)。 7. 對存儲容量的選擇 對用戶存儲容量只能做粗略的估算。在僅對開關(guān)量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)乘 10字 /點 +輸出總點數(shù) 5字 /點來估算；計數(shù)器 /定時器按 (3~5)字 /個來估算；有運算處理時按 (5~10)字 /個來估算；在有模擬量 I/O出的系統(tǒng)中，可以按每輸入（或輸出）一路模擬量約需（ 80~100）字左右的存儲量來估算；有通信處理時按每個接口 200字以上的數(shù)量粗略估算。 8. 對 I/O響應時間的選擇 12 PLC的 I/O響應時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2~3個掃描周期）等。 9. 根據(jù)輸出負載的特點選型 根據(jù) PLC輸出所帶的負載是直流型還是交流型、是大電流還是小電流以及 PLC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出還是晶體管輸出。 10. 對 PLC結(jié)構(gòu)形式的選擇 在相同功能和相同 I/O點數(shù)的情況下，整體式比模塊式價格低。 11. 選擇性能相當?shù)臋C型 PLC選型中還有一個重要問題就是性能要相當。 12. 選擇新機型 由于 PLC產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，所以選用相應的新機型很有必要。 在本次設(shè)計由于輸入量基本是開關(guān)量，而對于 PLC的開關(guān)量輸入回路，西門子公司 ( Siemens) 的 S7200可編程序控制器基本滿足設(shè)計要求。 電動機的選擇 電動機按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式分類：三相籠型異步電動機和三相繞線型異步電動機。電動機型號根據(jù)以下幾個方面選擇： 1. 功率的選擇 要為某一生產(chǎn)機械選配一臺電動機，首先考慮電動機的功率需要選擇多大，合理選擇電動機的功率具有重大的 經(jīng)濟意義。 在本次設(shè)計中運料小車裝滿料重 500kg，小車的車輪半徑 ，小車與軌道之間的摩擦系數(shù) μ=，假設(shè)在啟動階段加速時的加速度為 ，則勻速行駛的滾動摩擦力矩 T=500kg。 2. 電動機結(jié)構(gòu)的選擇 因為用的是三相交流電源，在交流電動機中，三相籠型異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、維護方便、工作可靠、價格低廉。主要的弊端是調(diào)速困難，功率因數(shù)比較低，啟動性能比較差，由于送料小車要求的機械特性比較硬而且沒有特殊的 調(diào)速要求，所以可以采用籠型電動機。 3. 結(jié)構(gòu)形式的選擇 13 生產(chǎn)機械的種類繁多，它們的工作環(huán)境也不盡相同。因此，有必要保證在不同環(huán)境中能安全的可靠運行。電動機常有下列幾種結(jié)構(gòu)型式： （ 1）開啟式：在構(gòu)造上無特殊防護裝置，運用于干燥、無塵場所。通風好。 （ 2）防護式：在機殼或端蓋下面有通風罩，以防止雜物掉進去。 （ 3）封閉式：封閉式電動機外殼嚴密封閉，電動機靠風扇冷卻，并且在外殼帶有散熱片。使用在灰塵多、潮濕、鹽堿、腐蝕性強的場所。 （ 4）防暴式：整個電機嚴密的封閉，多用于礦井中。 綜上所述，運料小車所處的環(huán)境 而選擇封閉式的電動機。 4. 電動機電壓的選擇 Y系列的電動機的額定電壓只有 380V一個等級。 5. 電動機轉(zhuǎn)速的選擇 電動機的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定的。通常情況下轉(zhuǎn)速不低于 500r/min，異步電動機通常采用 4個極的，則同步轉(zhuǎn)速 no =1500r/min的。電動機的參數(shù)如表 21。 表 21 運料小車電動機的參數(shù) 符號 名稱 型號 規(guī)格 臺數(shù) M 三相異步電動機 Y160M12 功率 KW 額定電流 A 轉(zhuǎn)速 2930r/min 重量 68 kg 1 傳感器的選擇 重量傳感器又稱稱重傳感器，是將壓力信號轉(zhuǎn)換成電壓或電流控制信號。 其輸出格式是標準的控制信號類型： 0~10VDC， 10~10VDC， 4~20mA，0~20mA。 有的智能稱重傳感器也能輸出開關(guān)量信號，但是其動作量（檢測到的 14 壓力信號）是可調(diào)的。 本次設(shè)計中稱重傳感器選擇 CS20型。 本次設(shè)計選用 HAL815可編程線性霍爾傳感器 ，其 可用于角度或距離測量 。 HAL815是一個可編程的霍爾傳感器，內(nèi)置 DSP， 可設(shè)置的比例電壓輸出，具有高精度，多個可編程磁特性存儲在具有冗余和鎖定功能的非易失性存儲器 (EEPROM)，多種保護功能如。開路（地和電源線突變檢測）、過壓和欠壓檢測，保證了傳感器的高可靠性，可逐個編程或通過選擇拉低輸出腳來編幾個并聯(lián)在相同供電電壓上的傳感器，溫度特性可編程可匹配所有常見的磁性材料。 可編程的特性方便了客戶的設(shè)計 。 繼電器的選擇 繼電器主要用于控制與保護電路或用于信號轉(zhuǎn)換。繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸入信號而發(fā)生動作的自動控制電器。它與接觸器不同，主要用于反應控制信號，其觸點一般 接在控制電路中。當輸入量變化到某一定值時，繼電器動作，其觸頭接通或斷開交、直流小容量的控制回路。 繼電器的種類有很多，分類的方法也很多，常用的分類方法有： 1. 按輸入量的物理性質(zhì)可分為電壓繼電器、電流繼電器、功率繼電器、時間繼電器和溫度繼電器等。 2. 按動作原理可分為電磁式繼電器、感應式繼電器、電動式繼電器、熱繼電器和電子式繼電器等。 3. 按動作時間可分為快速繼電器、延時繼電器和一般繼電器。 4. 按執(zhí)行環(huán)節(jié)作用原理可以分為有觸點繼電器和無觸點繼電器。 5. 按用途可分為電器控系統(tǒng)用繼電器和電力系統(tǒng)用 繼電器。 繼電器的主要特性是輸入、輸出特性、繼電器的返回系數(shù)、吸合時間、釋放時間。吸合時間是從線圈接收型號到銜鐵完全吸和時所需要的時間，釋放時間是從線圈失電導銜鐵完全釋放時所需要的時間。一般繼電器的吸合時間與釋放時間為 ~，它的大小會影響繼電器的操作頻率。 本次設(shè)計所選擇的繼電器有：時間繼電器 JR0，熱繼電器 JR1620/3。 15 接觸器的選擇 接觸器是用來接通或者切斷電動機或其他負載主電路的一種控制電器。它通?？煞譃榻涣鹘佑|器和直流接觸器。接觸器的基本參數(shù)有主觸點的額定電流、主觸 點的允許切斷電流、觸點數(shù)、線圈電壓、操作頻率、動作時間、機械壽命和電壽命。 選用接觸器時通常是交流負載的選擇交流接觸器 ,直流負載選用直流接觸器，但由于交流負載頻繁動作時可采用直流吸引線圈的接觸器。通常選用的是直流 110V、 220V，交流 220V、 380V。直流接觸器斷開時產(chǎn)生的過電壓可達 10~20倍，故不宜采用高電壓等級（ 440V的已經(jīng)停止生產(chǎn)）。而電壓太低時，接通此線圈用的繼電器或接觸器的聯(lián)鎖觸點不可靠（如灰塵或油層存在）。 額定操作頻率是指每小時接通的次數(shù)。交流接觸器最高可達 600次每小時；直流接觸器可 高達 1200次 /小時。 綜上所述，接觸器的選擇可按下列步驟進行：根據(jù)負載性質(zhì)確定工作任務(wù)類型；并根據(jù)類型確定接觸器系列；根據(jù)負載額定電壓確定接觸器的額定電壓；根據(jù)負載電流確定接觸器的額定電流；并根據(jù)外界實際田間加以修正。本次的設(shè)計中所選用的接觸器型號為：交流接觸器 CJ1020。 行程開關(guān)的選擇 行程開關(guān)又叫限位開關(guān)，是用于控制機械設(shè)備的行程和限位保護。在實際生產(chǎn)應用中，將行程開關(guān)安裝在預先要設(shè)置的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊到行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，就實現(xiàn)了電路的切換。因 此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運動部件模塊的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕有些類似。行程開關(guān)廣泛應用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。在電梯的控制電路中，還利用行程開關(guān)來控制開關(guān)轎門的速度、自動開關(guān)門的限位、轎廂的上、下限位保護。 主令電器應用廣泛、種類繁多。按其工作可分為：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、萬能開關(guān)及其它主令電器 行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。 16 本次設(shè)計我選用 LX111型限位開關(guān)。參數(shù)如表 22。 表 22 LX111 型限位開關(guān)主要參數(shù) 型 號 溫度范圍 額定電壓 額定電流 LX111 0（℃） 380（ V） 10（ A） I/O地址分配及外部接線設(shè)計 I/O地址分配 此次設(shè)計，系統(tǒng)占用 18個 PLC的 I/O端口，分別是 8個輸入端口和 10個輸出端口，具體的 I/O分配如表 23所示。 表 23 I/O 地址分配表 PLC外部接線圖的設(shè)計 該控制系統(tǒng)核心部分是以德國西門子 CPU226為主， CPU模塊采用整體式結(jié)構(gòu)，它的體積小、價格低， CPU模塊、 I/O模塊和電源裝在一個箱形機殼內(nèi)，前蓋下面有模式選擇開關(guān)、模擬量電位器和 擴展模塊連接器。 I/O模塊中輸入 8點，輸出 10點，可實現(xiàn)高速輸入輸出響應，內(nèi)部具有高速計數(shù)和輸 入 輸 出 啟動開關(guān) 電動機 M3 稱重開關(guān) S2 電動機 M2 裝車開關(guān) S3 電動機 M1 緊急停止 送料閥門 K2 料斗已滿 進料閥門 K1 電動機 M3故障 紅燈 L2 電動機 M2故障 綠燈 L1 電動機 M1故障 電動機 M3故障顯示 電動機 M2故障顯示 電動機 M1故障顯示 17 中斷處理功能。 PLC的輸入輸出端子均接到相應的接線端子排，輸入輸出信號通過這些接線端子排可由其它地方直接引入，這些接線端子排的布置與 PLC的輸入輸出端子以及電源端、接地端和公共端的實際位置一一對應。I/O模塊接口將輸入輸出信號引入到控制臺上。 PLC外部硬件接線圖如圖 22所示（ PLC外部接線圖）。 PC/PPI編程電纜上標有 PC的 RS232端連接電腦的 RS232通信接口，標有 PPI的 RS485端連接到 CPU模塊 的通信口，并擰